Lmccd相机的时间同步方法及同步系统的制作方法
【专利摘要】LMCCD相机的时间同步方法及同步系统，涉及一种时间同步系统，解决现有立体测绘相机在推扫成像时，存在定位误差，从而导致测绘影像定位精度低，且无法满足高时间精度的要求等问题，本发明将时标产生功能模块和传感器时序产生模块集成在同一芯片内，减小获取时标的延时和延时的不确定时间；时标产生功能模块采用计数器触发模式的纯硬件工作模式，避免采用软件方式带来的额外时间误差；通过自校正工作模式降低晶体频率漂移造成的计时偏差；根据轨道高度、像元尺寸、主距和交会角计算线阵CCD的行周期和面阵CCD的帧周期。为兼顾面阵CCD在定向时刻摄像和保持面阵和线阵CCD的同步，规定了面阵CCD的帧周期调整策略。
【专利说明】LMCCD相机的时间同步方法及同步系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种时间同步系统，具体涉及一种LMCCD相机的时间同步系统。
【背景技术】
[0002] 随着摄影测量技术的发展，传输型光学立体测绘卫星因其可长期在轨运行、快速 获取三维地理信息的能力，克服了返回式卫星因受其携带的胶片数量限制而在轨寿命短、 获取情报的时效性差和不能直接形成数字影像等不足，已逐渐成为摄影测量卫星发展的主 流。传输型三线阵光学成像及摄影测量属于动态摄影，卫星从不同视角多次对同一目标摄 像，通过后期影像处理可确定目标的三维空间位置信息。三线阵测绘卫星具有相机几何结 构稳定、基高比高、立体影像时间一致、对卫星平台稳定度要求较低等优点，适用于卫星测 绘领域。
[0003] 国内学者创造了国际首例的线面阵混合配置三线阵立体测绘相机（LMCXD)测绘 体制，以三线阵三视角摄影为主，辅以小面阵成像，解决了三线阵测绘相机动态摄影测量中 的航线立体模型扭曲、高程精度差的问题，也解决了传输型光学摄影测量卫星难以实现无 地面控制点的高精度摄影测量的问题，使得传输型摄影测量卫星的测绘产品性能达到了参 数相当的胶片型框幅式摄影测量卫星的测绘产品水平。
[0004] 立体测绘卫星在C⑶线阵推扫成像时，因相差几毫秒就有可能产生几米的定位误 差，从而降低测绘影像定位精度。因此，为满足测绘任务对相关信息的高时间精度要求，测 绘卫星须增设高精度有效载荷时间系统，确保卫星在推扫成像时进行严格的时间同步。
【发明内容】
[0005] 本发明为解决现有立体测绘相机在推扫成像时，存在定位误差，从而导致测绘影 像定位精度低，且无法满足高时间精度的要求等问题，提供一种LMCCD相机的时间同步方 法及同步系统。
[0006] LMCCD相机的时间同步方法，该方法由以下步骤实现：
[0007] 步骤一、利用前视控制器、正视控制器和后视控制器内部的时标产生模块，通过自 校正工作模式，采用校验计数器，获得晶体频率的校正系数；时标产生模块在自校正工作模 式结束后，转换到时标产生工作模式；
[0008] 步骤二、在时标产生工作模式下，时标产生模块在对应的前视控制器、正视控制器 和后视控制器内部的时序产生模块输出曝光开始的时序信号时，记录当前的时标，同时采 用示波器测试将所述时序信号转换为线阵CCD或面阵CCD管脚的驱动信号对应电路的延 时；所述线阵CCD或面阵CCD曝光时对应的时标为 ：
[0009] 记录值X校正系数+电路延时值；
[0010] 步骤三、根据轨道高度、线阵C⑶像元尺寸、面阵C⑶像元尺寸、相机主距和交会角 计算线阵CCD的行周期和面阵CCD的帧周期，并对面阵CCD的帧周期进行调整；实现LMCCD 相机的时间同步。
[0011] 具体过程为：
[0012] 所述线阵C⑶的行周期用公式表示为：
[0013]
【权利要求】
1.LMCCD相机的时间同步方法，其特征是，该方法由以下步骤实现： 步骤一、利用前视控制器、正视控制器和后视控制器内部的时标产生模块，通过自校正 工作模式，采用校验计数器，获得晶体频率的校正系数；时标产生模块在自校正工作模式结 束后，转换到时标产生工作模式； 步骤二、在时标产生工作模式下，时标产生模块在对应的前视控制器、正视控制器和后 视控制器内部的时序产生模块输出曝光开始的时序信号时，记录当前的时标，同时采用示 波器测试将所述时序信号转换为线阵CCD或面阵CCD管脚的驱动信号对应电路的延时；所 述线阵CCD或面阵CCD曝光时对应的时标为： 记录值X校正系数+电路延时值； 步骤三、根据轨道高度、线阵C⑶像元尺寸、面阵C⑶像元尺寸、相机主距和交会角计算 线阵CCD的行周期和面阵CCD的帧周期，并对面阵CCD的帧周期进行调整；实现LMCCD相机 的时间同步。 具体过程为： 所述线阵CCD的行周期用公式表示为：
式中b为线阵CCD图像传感器的像元尺寸；式中G为万有引力常数，Μ为地球质量，R为 平均地球半径，Η为飞行器平均离地高度；正视相机的主距为f， 所述面阵CCD图像传感器的行周期为：
式中c为面阵CCD图像传感器的像元尺寸； 根据定向时刻摄像的原则，面阵CCD图像传感器的最佳帧周期为：
式中a为如视和后视相机夹角的一半； 设定在定向时刻需要的面阵(XD图像分辨率为mXm，m为大于127的正整数；实际使用 的面阵(XD图像传感器分辨率为pXq，p和q为大于m的正整数，其中q为沿推扫方向的分 辨率，对面阵CCD图像传感器的帧周期进行调整过程分为两种情况 ： 一、LMCXD相机采用间歇摄像工作方式，设定每次连续摄像的时间为tlianxu，
，所述面阵C⑶图像传感 器的帧周期为ntline Η，η为大于1的正整数；
则面阵CCD图 像传感器的帧周期为（n+l)tliM H; 二、面阵LMC⑶相机采用连续摄像工作方式时，或者LMCXD相机采用间歇摄像工作方式 时，
贝1J面阵CCD图像传感器的帧周期为」，所述帧周期」的取值为ntliM H 或（n+1) tline H，i为大于等于0的正整数； 对于不同的i，选取的原则是累计偏差绝对值小于f-i，所述累计偏差用公式表示 为：
2. 根据权利要求1所述的LMCCD相机的时间同步方法，其特征在于，步骤一的校正系数 具体获得过程为：所述校验计数器接收晶体产生的时钟信号，并在每个时钟的上升沿或下 降沿递增加1，当首次接收到GPS秒脉冲信号的下降沿时将当前校验计数器值设置为0 ;此 后每次接收到GPS秒脉冲信号的下降沿时，记录当前校验计数器的值，并将当前校验计数 器值设置为〇,通过多次对校验计数器的值取平均，获得校验计数器的平均值；将晶体频率 的标称值和校正计数器的平均值相除即获得校正系数； 校正系数为：^ιιιιιιι 〇 校正计数器平均值
3. 根据权利要求1所述的LMCCD相机的时间同步方法的同步系统，该系统包括四片面 阵(XD，GPS接收机及星务系统，前视线阵(XD、正视线阵(XD、后视线阵(XD以及对应的前 视控制器、正视控制器、后视控制器和前视成像驱动电路、正视成像驱动电路、后视成像驱 动电路，所述前视线阵CCD和后视的线阵CCD各用一个光学镜头，正视线阵CCD和四片面阵 CCD共用一个光学镜头；其特征在于， 所述GPS接收机为前视控制器、正视控制器和后视控制器内部的时标产生模块提供 GPS秒脉冲信号和时间信息，在前视控制器、正视控制器、后视控制器内部产生时标；星务 系统和前视控制器、正视控制器和后视控制器通信，对前视线阵(XD、正视线阵(XD和后视 线阵CCD进行成像控制；所述前视控制器、正视控制器和后视控制器根据星务系统的指令， 输出时序，分别经前视驱动器、正视驱动器和后视驱动器输出驱动前视CCD、正视CCD和后 视CCD工作；在每次摄像即CCD曝光时，读取内部的时标产生模块产生的时标值，所述时标 值乘以经过校验的校正系数，并加上使用示波器测试的从三个控制器内部的时序产生模块 输出的时序信号到线阵CCD或面阵CCD上的驱动信号的延时值，确定线阵或面阵CCD曝光 时对应时刻的时标，实现LMCCD相机的时间同步。
【文档编号】G01C11/00GK104296727SQ201410531764
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】余达, 刘金国, 周怀得, 郭疆, 陈佳豫, 赵莹, 孔德柱 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所